کمپرسور کوچک غیرصنعتی مانند کمپرسوری که بر روی یخچالهای خانگی نصب است یا کمپرسورهایی که در دندانپزشکی استفاده میشود، دنیایی متفاوت از کمپرسورهای صنعتی است. این کمپرسورها در مقایسه با کمپرسورهای بزرگ صنعتی کم‌مصرفتر بوده و برای فشارهای پایین طراحی میشود.

کمپرسور یخچال

کمپرسور یخچال از نوع پیستونی بسته است. الکتروموتور کوچک این کمپرسورها پیستون را حرکت میدهد تا گاز مبرد فشرده شده و در سیستم تزریق شود. کمپرسور یخچال درون پوسته‌ای فلزی مهر و موم شده تا صدای آن عایق شود و به سادگی در دسترس نباشد تا آسیب هم نبیند. وایب عمومی کمپرسور دستیابی به فشار لازم برای راه اندازی و نگهداری چرخه‌ی تبرید با کمترین مصرف انرژی است.

کمپرسور دندانپزشکی

کمپرسور یونیت‌های دندان پزشکی برای محیط‌های درمانی بهینه شده اند. این کمپرسورها هوای فشرده‌ی تمیز، خشک و بدون روغن تولید میکند. کمپرسور اویل فری یا اویل لس مورد نظر برای این مصارف عموما از مکانیزم‌های پیستونی بدون روغن یا دیافراگمی استفاده میکند. خروجی هوا وارد درایر یا خشک کن شده و پس از آن به سوی فیلتر هدایت میشود تا کیفیت هوای فشرده بهینه شده، از رطوبت و هرگونه ناخالصی تفکیک شود. هوای فشرده در دستان دندانپزشکان ابزارهای پنوماتیک پرکاربرد و شناخته شده برای عموم را راه می اندازد.

کمپرسورهای کوچک در مصارف مختلفی کاربرد دارند که از جمله‌ی آنها میتوان به نبولایزرها یا پمپ‌های آزمایشگاهی نیز اشاره کرد. این تجهیزلت هم به هوای فشرده‌ی کاملا تمیز و کنترل شده نیاز دارند و از کمپرسور دیافراگمی استفاده میکنند. همچنین ابزار دقیقی چون تجهیزات نمونه‌برداری گاز، کروماتوگرافی و پمپ‌های کوچک انتقال گاز نیز از دیافراگمی ها استفاده میکنند که حجم‌های اندک ولی دقیقی را جابجا میکنند.

از دیگر کاربردهای کمپرسورهای کوچک سیستم‌های حباب‌ساز آکواریوم هاست که پمپ‌های هوای کوچکتر وظیفه‌ی تولید هوا را بر عهده دارد. پمپ بادهای کوچک و دستگاه‌های تست نشتی گاز هم از کمپرسور دیافراگمی هستند.

کمپرسور دیافراگمی

کمپرسور دیافراگمی ساختاری ساده دارد. در این کمپرسورها دیافراگمی انعطاف پذیر با حرکت عقب و جلو، مشابه به عضله‌ی دیافراگم شکم انسان، هوا را به داخل مکیده، فشرده میسازد و به بیرون میدمد. در این مدلها هوا یا گاز ورودی، برخلاف کمپرسور اسکرو یا سانتریفیوژ، هیچگونه تماسی با قطعات فلزی ندارد و دیافراگم چون واسطه‌ای میان محفظه‌ی هوا و قطعات مکانیکی عمل میکند. عدم تماس هوا و گاز ورودی با قطعات مکانیکی، که به ذات نیازمند روغنکاری هستند، باعث میشود که هوا کاملا تمیز بماند و روغنی وارد مسیر آن نشود.

دیافراگم از جنسی انعطاف پذیر و مقاوم ساخته میشود. همچنین برای انتخاب این مواد بایستی به سراغ لاستیک‌هایی رفت که در مقابل خوردگی یا مواد شیمیایی مقاوم باشد. لاستیک فلورین، نیتریل و EPDM از جمله‌ی مواد کاربردی در این مصرف است. همچنین برای برخی مدلها که نیازمند هوای کاملا تمیز هستند به سراغ تفلون رفته اند. دیافراگم باید مکرر خم و راست شود و چنین لاستیک‌هایی امکان عملکرد مناسب، بدون آسیب دیدگی، را برای دیافراگم کمپرسور فراهم میاورد.

انواع کمپرسور

کمپرسور دستگاهی است که هوا یا گازهای دیگر را فشرده میسازد. فشرده سازی گاز به مصارف مختلفی چون انتقال و توزیع آن در شبکه‌ی گاز مربوط میشود. فشرده سازی هوا نیز دنیای خود را دارد. کمپرسور هوای صنعتی چون باتری عظیمی در خدمت صنایع و معادن است. توان دیزل یا برقی به شکل فشار و انرژی پتانسیلی در هوا ذخیره میشود تا در زمان و مکان مناسب ابزارآلات متعدد پنوماتیک و بادی را راه اندازد. شاید بپرسید چرا همه جا از ابزار برقی استفاده نمیکنیم؟ در مورد تجهیزات بادی پاسخ کوتاه است: ایمنی، مانور پذیری و انعطاف.

کمپرسورها به دو روش گاز را متراکم میسازند: کمپرسورهای جابجایی مثبت با کاهش حجم فشار گاز را بالا میبرد و کمپرسورهای دینامیکی با افزایش سرعت گاز و سپس تبدیل انرژی جنبشی آن به انرژی پتاسیلی، فشار بالاتر را ایجاد میکند

کمپرسور جابجایی مثبت

کمپرسورهای جابجایی مثبت خود بر دو نوعند که کمپرسور دیافراگمی از خانواده‌ی رفت و برگشتی است. مشهورترین کمپرسور رفت و برگشتی کمپرسور پیستنی است که عموم مردم با شمایل آن آشنا هستند و مشابه با موتورهای احتراق درونی پیستونها گاز را مرتب فشرده و تخلیه میکنند. کمپرسورهای روتاری نیز تنوع داشته و مشهورترین‌های آنها کمپرسور اسکرو و کمپرسور اسکرول است. کمپرسور اسکرو پرکاربردترین کمپرسور هواست. رنج هوادهی و رنج فشار کاری آن برای بسیاری از صنایع و معادن ایده آل بوده و از لحاظ نگهداری نیز مناسبتر است.

در کمپرسور اسکرو دو روتور یا مارپیچ در هم تنیده هوا را دریافت کرده و به مرور فضای در اختیار هوا را کم میکنند تا فشرده شود و سپس تخلیه شده و به مصرف کننده میرسد.

کمپرسور هوای فشرده اسکرو با توجه به حذف معایب کمپرسورهای رفت و برگشتی، دارای راندمان بالا هستند. در نوع روغنی این دستگاه‌ها امکان دستیابی به نسبت فشار ۸ وجود دارد که این میزان معمولا در کمپرسورهای رفت و برگشتی بسیار مشکل و دست‌نیافتنی می باشد. طول روتور این کمپرسورها حدود ۷۵ تا ۶۳۰ میلی‌متر بوده و میزان دبی بین ۰/۶ تا ۶۰۰ مترمکعب بر دقیقه می باشد. نسبت فشار خروجی به فشار ورودی (rp) در نوع خشک تا حدود ۴ و در نوع روغنی تا ۲۵ و نیز اختلاف بین فشار ورودی و خروجی بین ۱۵ تا ۵۰ بار می تواند باشد. سیستم آب‌بندی روتورها در دو طرف آنها قرار گرفته است و در مجموع چهار دسته سیستم آب‌بند در هر مرحله وجود دارد.

کمپرسور دینامیکی

کمپرسورهای دینامیکی بر ۲ نوع محوری و گریز از مرکز است. به طور کلی به خانواده‌ی کمپرسورهای دینامیکی توربوکمپرسور نیز گفته میشود. توربوکمپرسور دستگاهی است که سرعت و در نتیجه انرژی جنبشی گاز را افزایش میدهد و سپس انرژی مذکور را به انرژی فشار پتانسیل تبدیل میکند. در این کمپرسورها دستیابی به فشارهای بالا دشوار بوده و با مراحل متعدد تازه میتوان به فشار نرمال یا کمترین فشار کمپرسور اسکرو دست یافت. اما دستیابی به هوادهی یا شارش حجمی بسیار بسیار بالا میسر است و این از جمله مزایای آنهاست.

کمپرسور محوری

در کمپرسورهای محوری جریان محوری برقرار است،‌ بدین صورت که هوا یا گاز در طی محور (شافت) کمپرسور از ردیف‌های پره‌های ثابت یا چرخان میگذرد. در این جریان، سرعت هوا به مرور و توامان با تبدیل انرژی جنبشی پره‌ها به فشار افزایش می یابد. یک وزنه‌ی تعادل نیز معمولا برای خنثی کردن تنش محوری در کمپرسور گنجانده می شود. کمپرسورهای محوری عموما از کمپرسورهای هم‌خانواده‌ی خود، کمپرسورهای سانتریفیوژی، سبکتر و کوچکتر هستند و در سرعت‌های بالاتری کار می کنند. از این کمپرسورها در مصارف فشار عملیاتی معمولی و زمانی که به نرخ هوادهی بالا و پایدار نیاز هست استفاده می شود. به طور کلی تقاضای هوای فشرده در صنایع بر سه نوع است: مصرف پایدار، مصرف پرنوسان و مصرف پرنوسان + لود ثابت پایه

مثال خوب این نوع مصارف تهویه‌ی هواست. سرعت دورانی بالای این کمپرسورها زوجی ایده‌آل از آنها برای توربین‌های گازی ساخته است تا در تولید برق و پیشرانش هواپیماها به کار گرفته شوند.

کمپرسور سانتریفیوژ

شاخصه‌ی اصلی کمپرسور سانتریفیوژ جریان خروجی دورانی آنهاست. هوا به مرکز یک پروانه‌ی چرخانِ دارای تیغه‌های دورانی وارد شده و به وسیله‌ی نیروهای گریز از مرکز به سوی محیط اطراف پروانه فشرده می شود. حرکت دورانی هوا منجر به افزایش فشار و خلق یک انرژی جنبشی می شود. پیش از آنکه هوا به مرکز پروانه‌ی مرحله‌ی بعدی کمپرسور هدایت شود از درون یک پخش‌کننده (دیفیوزر) و یک حلزونی میگذرد تا انرژی جنبشی آن به فشار تبدیل شود.

هر مرحله سهمی از افزایش فشار نهایی واحد کمپرسور را بر عهده دارد. در ماشین‌آلات صنعتی نسبت فشار یک مرحله‌ی کمپرسور سانتریفیوژ عموما بیش از ۳ نمیباشد و نسبت‌های فشار خروجی به ورودی بزرگتر بهره‌وری مرحله را خواهد کاست. برای برخی مصارف کمپرسورهای تک مرحله‌ای سانتریفیوژ کاربری دارند که می توان به واحدهای مدیریت فاضلاب در میان آنها اشاره داشت. کاربری‌هایی نیز هستند که به چند مرحله فشرده‌سازی نیازمندند؛ در این حالت خنک‌سازی برای کاهش توان موردنیاز ضرورت دارد. مراحل متعددی را می توان به صورت سری بر روی یک شفت با سرعت پایین سوار کرد. این طراحی عموما در صنایع فرآیندی یا نفت و گاز کاربرد دارد.

با وجود آنکه نسبت فشار در هر مرحله فشرده سازی کوچک می باشد، لیکن با بهره‌گیری از تعداد کافی استیج و یا بهره‌گیری از چند کمپرسور به صورت سری می توان به فشار خروجی مطلوب دست یافت. در مصارف فشرده‌سازی هوا، جعبه ‌دنده‌ی سرعت بالایی نیز در دل مراحل کمپرسور گنجانده می شود تا پروانه‌ها را بر روی چرخ دنده‌های جناحی سرعت بالا بچرخاند. پروانه‌ها طراحی‌های بسته و یا باز دارند.

دیافراگم کمپرسور سانتریفیوژ

لازم توجه است که کمپرسور سانتریفیوژ هم قطعه ای به نام دیافراگم دارد و این مسئله نباید با کمپرسور دیافراگمی اشتباه گرفته شود. دیافراگم‌ها اجزای ثابتی هستند که میان پروانه‌های مراحل و به طور پی در پی قرار گرفته اند. این قطعات گازهای خروجی از پروانه‌ها را جمع اوری نموده و به مرحله بعدی هدایت میکنند. طراحی سطح مقطع دیفیوزرها که بین دیافراگم‌ها قرار گرفته اند در رفتار دستگاه بسیار اهمیت دارد. واگرایی میان دو صفحه‌ی دیفیوزر می بایست به گونه‌ای طراحی شده باشد که حداقل افت فشار را به هنگام تبدیل انرژی جنبشی به فشار تجربه کنیم. دیافراگم‌ها همچنین تکیه‌گاه آب‌بندهای میان مرحله روی شافت و دهنه‌ی پروانه هستند. اگر نسبت تراکم در مراحل بالا بوده و یا گاز موردنظر در برابر درجه حرارت بالا حساس باشد، دیافراگم‌ها طوری طراحی میشود که به وسیله‌ی مایعات مناسب همانند آب خنک‌کاری شود. دیافراگم‌ها نیز به صورت ریختگری و یا مونتاژ از فولاد یا ترکیبی از فولاد و چدن در دو نصفه‌ ساخته شده و در شیارهای پوسته جا داده میشوند. در کمپرسورهای بشکه‌ای مجموعه‌ی دیافراگم‌ها پوسته‌ی داخلی را تشکیل داده و هنگام پیاده کردن روتور به همراه آن بیرون کشیده میشوند.

کمپرسور اسکرول

کمپرسور اسکرول یک مدل کمپرسور جابه‌جایی بدون روغن و روتاری است. این کمپرسور مقدار مشخصی از هوا را به صورت متداول به حجم کمتر تبدیل میکند. اجزای کمپرسور شامل یک مارپیچ استاتور است که در یک محفظه ثابت قرار دارد و یک مارپیچ بیضوی که نیروی محرکه‌ی آن حاصل از موتوری الکتریکی یا دیزل است.

مارپیچ ها با جابجایی فاز ۱۸۰ درجه مجهز به جابجایی هوا با حجم به تدریج و متغیر هستند. این جز اسکرول به ثبات شعاعی کمک میکند. نشتی در کمپرسور اسکرول بر دو نوع شعاعی و محوری است.و در این کمپرسور نشتی حداقل است. اختلاف فشار داخل محفظه ی هوا کمتر از اختلاف فشار داخل و بیرون است. مارپیچ چرخشی به وسیله یک میل لنگ کوتاه مدت رانده می شود و در اطراف مرکز مارپیچی ثابت برقرار است. ورودی در بالای محفظه عنصر قرار دارد.

هنگامی که مارپیچ میچرخد، هوا به داخل محفظه کشیده میشود و همین طور که به سمت مرکز حرکت میکند به تدریج فشرده می شود تا به نقطه ی خروجی و شیر یک طرفه خروجی میرسد. چرخه‌ی فشرده سازی برای ۲/۵ چرخش کار میکند، که باعث میشود به ما یک جریان هوای آزاد و بدون وقفه را بدهد. این فرایند نسبتا آرام است و ارتعاشات کمی دارد، به همین دلیل اجزا آن در مقایسه با کمپرسورهای دیگر مثلا کمپرسورهای پیستونی، به سختی دچار تغییر گشتاور میشوند.